LOGICA FORMALE. Logiche

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1 LOGICA FORMALE Linguaggio formale (sintassi + semantica) + Sistema di inferenza Sintassi: insieme delle espressioni ben formate (linguaggio) Semantica: interpretazione M del linguaggio Logica classica: Logiche Logica proposizionale: proposizioni + connettivi Logica dei predicati (o logica del primo ordine): termini + predicati + connettivi + quantificatori Logiche non classiche: Logica temporale: operatori: sarà sempre vero che..., in qualche momento futuro sarà vero che..., A è vero fino a che è vero B Logica epistemica: operatori l agente sa che..., l agente crede che... LOGICA SIMBOLICA : formalizzazione mediante simboli LOGICA MATEMATICA : studio della forma del ragionamento matematico (logica classica) LOGICA FORMALE : studio della forma, astrazione dal contenuto ASTRARRE SIGNIFICA SEMPLIFICARE: sbarazzandosi dei dettagli, si guardano oggetti diversi da uno stesso punto di vista, e gli si può dare un trattamento uniforme 1

2 Logica classica (proposizionale e dei predicati) Rappresentazione di conoscenza dichiarativa e studio delle forme di ragionamento su questo tipo di conoscenza 1. SE c è il sole, ALLORA fa caldo 2. c è il sole QUINDI: fa caldo 1. SE il compito è sufficiente, ALLORA sei esonerato dallo scritto 2. il compito è sufficiente QUINDI: sei esonerato dallo scritto Forma comune: 1. SE A, ALLORA B 2. A QUINDI: B A B B A 1. Tutti i triangoli sono poligoni 2. ABC è un triangolo QUINDI: ABC è un poligono 1. Tutti i pinguini sono mammiferi 2. Alberto è un pinguino QUINDI: Alberto è un mammifero Forma comune: 1. Tutti gli A sono B 2. l oggetto c è un A QUINDI: c è un B x(a(x) B(x)) B(c) A(c) 2

3 Quando un ragionamento è corretto? 1. Tutti i ladri sono ricchi 2. B è ricco QUINDI: B è un ladro 1. SE i controllori di volo scioperano, ALLORA prenderò il treno 2. O scioperano i controllori, oppure scioperano i piloti QUINDI: prenderò il treno 1. SE i controllori di volo scioperano, ALLORA prenderò il treno 2. SE i piloti scioperano, ALLORA prenderò il treno 3. O scioperano i controllori, oppure scioperano i piloti QUINDI: prenderò il treno 1. SE ABC è un triangolo equilatero, allora è un poligono regolare 2. SE ABC è un triangolo isoscele, allora è un poligono regolare 3. ABC è un triangolo equilatero oppure isoscele QUINDI: ABC è un poligono regolare 1. Non esiste nessun numero naturale minore di zero QUINDI: tutti i numeri naturali minori di zero sono dispari 3

4 Logica Classica Elementi di base: proposizioni (o enunciati), che possono essere VERE o FALSE Logica proposizionale: ogni enunciato è un atomo non ulteriormente analizzabile Caino è fratello di Abele è rappresentato da un atomo p A ogni paziente piace qualche dottore è rappresentato da un atomo q Gli enunciati semplici (atomi o variabili proposizionali) possono essere composti per formare enunciati complessi (formule proposizionali), mediante operatori logici (connettivi proposizionali): NOT (negazione) IF/THEN (implicazione) AND (congiunzione) IFF (doppia implicazione) OR (disgiunzione) Caino è fratello di Abele OPPURE a ogni paziente piace qualche dottore p q Caino NON è fratello di Abele p Caino è fratello di Abele E a ogni paziente piace qualche dottore p q SE Caino è fratello di Abele, ALLORA a ogni paziente piace qualche dottore p q Caino è fratello di Abele SE E SOLO SE a ogni paziente piace qualche dottore p q Ricorsivamente: SE Caino NON è fratello di Abele, ALLORA Caino è fratello di Abele OPPURE a ogni paziente piace qualche dottore p (p q) 4

5 Logica Proposizionale Classica La logica proposizionale studia il significato dei connettivi e le forme di ragionamento corretto rappresentabili mediante formule proposizionali SINTASSI La sintassi di un linguaggio determina quali sono le espressioni corrette del linguaggio. Espressioni della logica proposizionale: formule Un linguaggio proposizionale è costruito sulla base di un determinato insieme P di variabili proposizionali P = {p, q, r} P = {p 0, p 1, p 2,...} P = {caino fratello di abele, pazienti dottori,...} Alfabeto P {,,,,, (, )} Linguaggio (insieme delle formule): sottoinsieme delle stringhe sull alfabeto della logica considerata 5

6 Definizione induttiva dell insieme delle formule proposizionali di un linguaggio basato su P Dato un insieme P di variabili proposizionali, l insieme delle formule proposizionali costruite sulla base di P, Prop[P], è definito induttivamente: 1. ogni variabile proposizionale è una formula 2. e sono formule 3. se A è una formula, allora anche A è una formula 4. se A e B sono formule, allora anche (A B), (A B), (A B), (A B) sono formule 5. nient altro è una formula Se P = {p, q, r, s}, sono in Prop[P]: Esempio p, q, r, s,,, p, q, r, s,,, (p q), (p q), (q r), (r s),... (p q), ((p q) (q r)), ((q r) s),... ( (p q) ((p q) (q r))), ((q r) s) ),... 6

7 Convenzioni sull uso delle parentesi si possono omettere le parentesi esterne: (p q) si può scrivere p q associatività: da sinistra a destra (se non indicato altrimenti dall uso di parentesi) ((p q) r) si può scrivere p q r ((p q) r) si può scrivere p q r (p (q r)) NON si può scrivere p q r precedenza dei connettivi:,,,, (se non indicato altrimenti dall uso di parentesi) (p (q r)) si può scrivere p q r (p (q r)) si può scrivere (p q r) (p (q r)) NON si può scrivere p q r (p (q r)) NON si può scrivere p q r Quindi: s p q r abbrevia (s ((p q) r)) p (p r q) abbrevia (p (p (r q))) p q r s abbrevia ((p q) (r s)) p q r è diverso da p (q r) 7

8 Semantica Linguaggio = Dominio Prop[P] = Bool = {T, F } Correttezza dei ragionamenti Un ragionamento è corretto se ogni volta che le premesse sono vere, è vera anche la conclusione La semantica della logica proposizionale stabilisce il significato dei connettivi logici. Il significato delle variabili proposizionali può variare (possono essere interpretate in modi diversi). Qual è il significato di p q? Dipende dal significato di p e q: se p è vero e q è vero, allora p q è vero, altrimenti è falso. Interpretazione di un linguaggio: determina come interpretare le variabili proposizionali 8

9 Interpretazione di P M: assegnazione di un booleano (valore di verità) a ogni variabile in P: M : P Bool Esempio: se P = {p, q, r}, ci sono 8 possibili interpretazioni di P: p q r M 1 T T T M 2 T T F M 3 T F T M 4 T F F p q r M 5 F T T M 6 F T F M 7 F F T M 8 F F F Interpretazione di una formula F: interpretazione del linguaggio di F (l insieme delle variabili proposizionali che occorrono in F). 9

10 Semantica dei connettivi logici {,,,, } = Funzioni booleane T F NOT F T AND OR IMP IFF T T T T T T T F F T F F F T F T T F F F F F T T Le funzioni NOT, AND, OR sono le abituali operazioni booleane; IMP è la funzione su Bool (F < T); IF F è l uguaglianza = N OT = AN D = OR = IM P = IF F 10

11 Definizione induttiva del significato delle formule in una interpretazione M = A: A è vera in M Se M : P Bool, definiamo M = A per induzione su A: 1. M = p sse M(p) = T, se p P; 2. M = e M = ; 3. M = A sse M = A 4. M = A B sse M = A e M = B 5. M = A B sse M = A oppure M = B 6. M = A B sse M = A oppure M = B 7. M = A B sse M = A e M = B, oppure M = A e M = B 11

12 Valore di verità di una formula in una interpretazione M(A) = T sse M = A: A B A A B A B A B A B T T F T T T T T F F T F F F T T F T T F F F F F T T Calcolo di M(A): esempio p q r p p q ( p q) r T T F F T F Tavola di verità di una formula: calcolo del suo valore in ogni interpretazione p q r p p q ( p q) r T T T F T T F T T T T T T F T F F T F F T T T T T T F F T F F T F T T F T F F F F T F F F T T F 12

13 Vedere anche il programma truthtable, accessibile dalla pagina del corso cialdea/ocaml/logica/truthtable/ > truthtable -help Uso: truthtable [-o <output-file>] <input-file> -o nome del file di output -help Display this list of options Il file formula contiene il testo p -> q & r. > truthtable formula p q r (p->(q&r)) T T T T T T F F T F T F T F F F F T T T F T F T F F T T F F F T CNF: ((-pvq)&(-pvr)) DNF: (-pv(q&r)) 13

14 Logica e linguaggio naturale La negazione inverte il valore di verità del suo argomento Una congiunzione ( ) è vera se e solo se entrambi gli argomenti sono veri Una doppia implicazione ( ) è vera se e solo se i due argomenti hanno lo stesso valore di verità: IFF è l uguaglianza sui booleani sarai promosso (p) se e solo se avrai scritto almeno 125 programmi corretti (c) : p c condizione necessaria e sufficiente per passare l esame (p) è studiare (s) e avere fortuna (f) : p (s f) La disgiunzione ( ) è l OR inclusivo p q p q p q p q (p q) T T T F T F T F T T F T F T T T F T F F F F T F Andrò al cinema (c) o al teatro (t): (c t) xs=[] (p) oppure ys=[] (q) : p q 14

15 Implicazione L implicazione ( ) è l implicazione materiale: Se A è falsa: A B è vera se B è vera: A B è vera A B è falsa se e solo se A è vera e B è falsa Se x è una potenza di 2 maggiore di 1, allora x è pari è vero sempre (per ogni x): anche se x = 10 anche se x = 7 Antonio dice se piove, vengo a prenderti alla stazione 1. Piove, e A. va alla stazione: ha detto la verità? 2. Piove, e A. non va alla stazione: ha detto la verità? 3. Non piove, e Antonio va lo stesso: ha detto la verità? 4. Non piove, e A. non va alla stazione: ha detto la verità? 15

16 Modelli, contromodelli, formule soddisfacibili Una interpretazione M è un modello di F (o soddisfa F) sse M = F. Esempio: A = (p q) q. Se M(p) = F e M(q) = F, allora M è un modello di A. Una interpretazione M è un contromodello di F sse M = F. Esempio: se M (p) = T e M (q) = F, M è un contromodello di A. F è soddisfacibile sse esiste un modello di F. Esempio: poiché esiste un modello di A (M tale che M(p) = F e M(q) = F), A è soddisfacibile. Osservazione: le nozioni di modello, contromodello e soddisfacibilità sono generali: sono le stesse per ogni logica modulo la nozione di M = A La nozione di modello si estende a insiemi di formule: M è un modello di un insieme di formule S (M = S) sse è un modello di ciascuna formula in S: per ogni A S, M = A. 16

17 Formule logicamente valide F è logicamente valida o è una tautologia ( = F) se e solo se per ogni interpretazione M di F, M = F; cioè se non esistono contromodelli di F Osservazione: la nozione di validità logica è generale. AL contrario, il termine tautologia si utilizza solo per la logica proposizionale classica. Esempi: A = (p q) q è soddisfacibile, ma non è valida: esiste anche un contromodello di A. p (p q) è valida (una tautologia): p q p q p (p q) T T T T T F T T F T T T F F F T Attenzione: la proprietà di linguaggio è importante. Non confondere i due termini vero: la verità è una relazione tra un interpretazione e una formula: M = A valido: la validità è una proprietà delle formule (indipendente dalle singole interpretazioni): = A. (anche se si utilizza lo stesso simbolo =) 17

18 Alcune tautologie (dimostrarle per esercizio) 1. A A (identità) 2. A (B A) (affermazione del conseguente) 3. A (A B) (negazione dell antecedente) 4. B (ex falso quodlibet) 5. A A (terzo escluso) 6. (A A) (non contraddizione) 7. (A B) ((A B) A) (riduzione all assurdo) 8. ((A B) A) A (legge di Pierce) 18

19 Esempio: per dimostrare che la legge di Pierce è una tautologia, possiamo costruirne la tavola di verità e verificare che è vera in ogni interpretazione: > truthtable pierce B A (((A->B)->A)->A) T T T T F T F T T F F T CNF: T DNF: T Oppure possiamo ragionare come segue: Sia M una qualsiasi interpretazione: dimostriamo che se M = (A B) A allora M = A. Supponiamo dunque M = (A B) A: si hanno due possibilità: M = A B, quindi in particolare M = A. M = A. In entrambi i casi M = A. 19

20 Formule contraddittorie F è una contraddizione (o è insoddisfacibile) se e solo se per ogni interpretazione M di F, M = F; cioè se non esistono modelli di F Esempio: (p (p q)) Relazioni tra proprietà delle formule A è logicamente valida se e solo se A è una contraddizione A è una contraddizione se e solo se A è logicamente valida A è una contraddizione se e solo se A non è soddisfacibile Osservazione: anche le nozioni di contraddizione e insoddisfacibilità sono generali. Di conseguenza, le relazioni sopra considerate sono generali. 20

21 Conseguenza logica A è una conseguenza logica di un insieme di formule S o S implica logicamente A (S = A) sse ogni modello di S è un modello di A: per ogni interpretazione M del linguaggio, se M = S allora M = A Ancora un altro uso del simbolo = Il suo significato dipende dal contesto (cosa c è alla sua sinistra?): un simbolo che denota un interpretazione (M = X dove X può indicare una formula o un insieme di formule): M è un modello di X oppure X è vero in M ; nulla ( = A): A è valida ; un simbolo che denota un insieme di formule (S = A): A è una conseguenza logica di S o S implica logicamente A. N.B. Le parentesi graffe per indicare l insieme di formule vengono generalmente omesse. Proprietà: se S è un insieme finito di formule, allora S = A sse = B i S B i A ( B i = B 1... B k, se S = {B 1,..., B k }) B i S 21

22 Come dimostrare che: Possiamo fare la tavola di verità... Esempi p q, p r, q r = r Ragionamento semantico: p q, p r, q r = r sse (per definizione) ogni modello M di {p q, p r, q r} è anche un modello di r. Per dimostrare questo: sia M un qualsiasi modello di {p q, p r, q r}, cioè una qualsiasi interpretazione M tale che: 1. M = p q 2. M = p r 3. M = q r Per 1, M(p) = T oppure M(q) = T. Nel primo caso, M(r) = T (per 2: se fosse falso, 2 sarebbe falso) Nel secondo caso M(r) = T (per 3) Quindi, in ogni caso, M(r) = T. Come dimostrare che: p, q p = q Per definizione, questo vale sse non ogni modello di {p, q p} è un modello di q, cioè se esiste un modello di {p, q p} che non è un modello di q; in altri termini, un interpretazione M in cui sono vere p e q p, e q è falsa. Consideriamo M con M(p) = T e M(q) = F: M = p, M = q p, e M = q. 22

23 Ragionamenti corretti Un ragionamento che dalle ipotesi S conclude A è corretto sse S = A. Per verificare se A 1,..., A n = B si può: Fare la tavola di verità per A 1... A n B e controllare se è una tautologia Cercare un contromodello per A 1... A n B: se la ricerca (sistematica) fallisce, allora A 1,..., A n = B Dimostrare B a partire da A 1,..., A n, utilizzando un insieme di regole di ragionamento corrette Implementare un metodo di dimostrazione automatica ed eseguire il programma sul problema A 1,..., A n = B Per dimostrare che A 1,..., A n = B c è un unico metodo: trovare un interpretazione M tale che M = {A 1,..., A n } e M = B. 23

24 Equivalenza logica A e B sono logicamente equivalenti (A B) sse: per ogni interpretazione M di A e B: M = A sse M = B Ciò equivale a dire che e anche che = A B A = B e B = A Non confondere:, che è un simbolo dell alfabeto (un connettivo), con, che è un meta-simbolo, cioè una notazione che utilizziamo per abbreviare è logicamente equivalente a esattamente come =. 24

25 1. A A Alcune equivalenze logiche importanti 2. Commutatività e associatività di e : 3. Leggi distributive: 4. Leggi di De Morgan: 5. Doppia negazione: A A 6. Leggi di assorbimento: A B B A, A B B A, A (B C) (A B) C, A (B C) (A B) C (A (B C)) ((A B) (A C)) (A (B C)) ((A B) (A C)) (A B) ( A B) (A B) ( A B) A (A B) A A (A B) A 25

26 7. Definibilità di : A B (A B) (B A) 8. Interdefinibilità dei connettivi logici,, : 9. Contrapposizione: A B A B (A B) (A B) ( A B) A B A B ( A B) (A B) A B ( A B) A B (A B) ( B A) Esercizio: dimostrare le equivalenze logiche precedenti (preferibilmente con ragionamento semantico anziché mediante la costruzione di tavole di verità). Esempio: per dimostrare che A (A B) A dobbiamo dimostrare due cose: 1. A (A B) = A: sia M qualsiasi interpretazione tale che M = A (A B). I casi sono due: (a) M = A, oppure (b) M = A B; in questo caso, in particolare M = A (per la semantica di ). Quindi in entrambi i casi M = A. 2. A = A (A B): se M è qualsiasi interpretazione tale che M = A, allora, qualsiasi sia B, M = A (A B) (per la semantica di ). 26

27 Forme Normali Congiuntive (FNC) e Disgiuntive (FND) LETTERALE: atomo (p) o negazione di un atomo ( p) Una formula è in FNC sse ha la forma D 1... D k dove ogni D i è una disgiunzione di letterali Ogni formula è logicamente equivalente a una formula in FNC Una formula è in FND sse ha la forma C 1... C k dove ogni C i è una congiunzione di letterali Ogni formula è logicamente equivalente a una formula in FND Esempio: trasformazione in FNC di ( (p q) (q (r (s p)))) (p q) (q (r ( s p))) (p q) (q (r ( s p))) ( p q) (q (r ( s p))) ( p q) (q (r ( s p))) ( p q) ((q r) (q ( s p))) p q (q r) (q s p) 27

28 Esercizio: Trovare forme normali congiuntive e disgiuntive logicamente equivalenti a 1. (A B) ( A C) 2. A (B A) Vedere anche il programma truthtable, accessibile dalla pagina del corso 28

29 Trasformazione di formule in forma normale congiuntiva 1. Eliminare le implicazioni e le doppie implicazioni A B A B (A B) A B A B ( A B) ( B A) (A B) (A B) ( A B) 2. Portare le negazioni sugli atomi (A B) A B (A B) A B A A 3. Distribuire su (A B) C (A C) (B C) C (A B) (C A) (C B) 29

30 Algoritmo per la trasformazione in CNF 1. Eliminare le implicazioni e le doppie implicazioni e portare le negazioni sugli atomi (trasformare A in forma normale negativa NNF) 2. Ricorsivamente: se A ha la forma B C: distribuire l or più esterno su tutte le congiunzioni nella formula CN F(B) CN F(C) se A ha la forma B C: il risultato è CNF(B) CNF(C) altrimenti (A è un letterale) il risultato è A 3. Eventualmente, semplificare la formula ottenuta 30

31 Esercizi Per ciascuno dei seguenti enunciati: a) determinare un linguaggio per esprimerlo, b) scrivere una formula proposizionale che lo rappresenti, c) determinare un modello e un contromodello. 1. Condizione necessaria per passare l esame è studiare o avere fortuna. 2. Condizione sufficiente perché faccia caldo è che sia estate e non piova 3. Se nevica, diventa più freddo 4. Solo se colpisci il vetro con un martello lo romperai 5. Condizione necessaria e sufficiente perché ABC sia un triangolo isoscele è che abbia esattamente tre lati e che abbia almeno due angoli uguali. 6. È falso che la lista xs è vuota oppure il valore di found è true 7. La lista xs non è vuota e il valore di found è false 8. Prendo il libro e arrivo 9. Arrivo e prendo il libro 10. Puoi andare al cinema o alla festa, ma non puoi fare tutte e due le cose 11. Per dare l esame, devi studiare 12. Tutti i corvi sono neri 13. Qualcuno è colpevole 31

32 Formule e funzioni booleane I connettivi che abbiamo introdotto sono sufficienti a esprimere tutte le possibili funzioni booleane? Ogni formula A determina una funzione booleana f A Sia A[p 1,...p k ] una formula con k lettere proposizionali. A corrisponde a una funzione booleana a k argomenti: per ogni possibile assegnazione M: Esempio: A = p q f A è tale che: Se = A B, allora f A = f B f A (M(p 1 ),..., M(p k )) = M(A) f A (T, T) = T f A (F, T) = F f A (T, F) = T f A (F, F) = T Ogni funzione booleana è determinata da qualche formula Ogni funzione booleana a k argomenti corrisponde a una formula proposizionale (o a una classe di equivalenza di fbf): Per ogni funzione booleana f esiste una formula A tale che f A = f 32

33 Se f : Bool k Bool, Adeguatezza dei connettivi allora esiste A f Prop[p 1,..., p k ] tale che per ogni assegnazione M : {p 1,..., p k } Bool: M(A f ) = f(m(p 1 ),..., M(p k )) A f si può costruire utilizzando soltanto,, : Esempio di costruzione di A f : {,, } è un insieme adeguato di connettivi x 1 x 2 f(x 1, x 2 ) A[p 1, p 2 ] T T F T F T = (p 1 p 2 ) F T T = ( p 1 p 2 ) F F T = ( p 1 p 2 ) (forma normale disgiuntiva) Esercizio: Definire una qualsiasi funzione booleana a 3 argomenti, descrivendone i valori in forma di tabella, e determinare una formula con tre lettere proposizionali che la rappresenta. 33

34 Due connettivi particolari Esistono connettivi che da soli sono sufficienti ad esprimere tutte le funzioni booleane: Il tratto di Sheffer (o negazione alternativa) è il connettivo con la seguente tavola di verità: A B A B T T F T F T F T T F F T { } è un insieme adeguato di connettivi. Infatti A A A A B ((A A) (B B)) (verificarlo per esercizio) La negazione congiunta, la cui tavola di verità è: A B A B T T F T F F F T F F F T costituisce un insieme adeguato di connettivi. Infatti A A A A B ((A A) (B B)) (verificarlo per esercizio) 34

35 Uso delle tavole di verità. Cavalieri e furfanti A dice: Io sono un furfante oppure B è un cavaliere. Cosa sono A e B? Formalizzazione: A è un cavaliere = A ( A è un furfante = A) B è un cavaliere = B ( B è un furfante = B) Sappiamo che: se A è un cavaliere allora quello che dice è vero, e se è un furfante quello che dice è falso. Quello che A dice è: A B. Cioè: Problemi: 1) A A B 2) A ( A B) a) A A B, A ( A B) = A? b) A A B, A ( A B) = A? c) A A B, A ( A B) = B? d) A A B, A ( A B) = B? Importante: non è detto che esattamente una tra (a) e (b) sia vera; potrebbero essere entrambe false (i dati del problema non sono sufficienti a determinare se A è un cavaliere o no), oppure entrambe vere (il problema è contraddittorio: non è possibile che un abitante dell isola dei cavalieri e furfanti faccia quella affermazione). La stessa cosa vale per (c) e (d). 35

36 Con le tavole di verità possiamo determinare quali sono le interpretazioni di A e B in cui le due formule 1 e 2 sono entrambe vere, e se possibile rispondere alla domanda cosa sono A e B? : A B A ( A B) A ( A B) T T T T T F F T F T T F F F T F L unica interpetazione in cui 1 e 2 sono entrambe vere è quella in cui A e B sono entrambe vere: A e B sono entrambi cavalieri. In altri termini: A ( A B), A ( A B) = A A ( A B), A ( A B) = B 36

37 Ragionamento per assurdo: ricerca di un contromodello A dice: Io sono un furfante oppure B è un cavaliere. Cosa sono A e B? 1. A ( A B) 2. A ( A B) Il problema è quello di determinare se A oppure A è una conseguenza logica di 1 e 2, e se B oppure B è una conseguenza logica di 1 e 2. Per determinare se A è una conseguenza logica di 1 e 2: tutti i modelli di 1 e 2 sono modelli di A. Sia M una qualunque interpretazione che rende vere 1 e 2 e supponiamo (per assurdo) che M = A. M = A def. di M = ( A B) 2 e def. di M = A B M = A def. di M = A contraddizione Quindi M = A è assurdo e deve essere M = A. Esercizio. Determinare con lo stesso metodo che B è una conseguenza logica di 1 e 2. 37

38 Ragionamento per assurdo È stato compiuto un furto. I ladri sono fuggiti con un furgone. Sono implicati tre uomini: A, B, C. Si sa che C non lavora mai senza la complicità di A e B non sa guidare. A è colpevole? Linguaggio: A (A è colpevole), B, C Ipotesi: S = {A B C, C A, B (A C)} Tesi: A Controllare se A B C, C A, B (A C) = A Per assurdo: Assumiamo che esista M tale che: 1. M = A B C 2. M = C A 3. M = B (A C) 4. M = A, cioè M(A) = F Quindi: M = C, altrimenti 2 sarebbe falso M = A C M = B, altrimenti 3 sarebbe falso Ma allora anche 1 è falso: assurdo 38

39 Ragionamento diretto Per ogni interpretazione M, se M = S, allora M = A Ragionamento per casi A B C, C A, B (A C) = A Sia M qualsiasi interpretazione tale che M = S: poiché M = A B C, o M = A, oppure M = B, oppure M = C. Mostriamo che in tutti e tre i casi M = A: a) se M = A, allora M = A b) se M = B, allora M = A C (da 3): b1) se M = A, allora M = A b2) se M = C allora M = A, per 2 quindi nel caso b) M = A c) se M = C, allora M = A, per 2 39

40 Una logica Λ è definita da: Sintassi Alfabeto A (insieme non vuoto di simboli) Linguaggio L A (formule ben formate: fbf) Spesso definito induttivamente principio di induzione strutturale sulle fbf ricorsione sulle fbf Semantica Apparato deduttivo (sistema di inferenza) Assiomi Ax L Regole di inferenza R = {R 1, R 2,...}, con R i L n i (relazioni su fbf) A 1,..., A ni 1 A n Se Ax e R sono decidibili: teoria assiomatica 40

41 Linguaggio proposizionale con e Assiomi: A1. A (B A) A2. (A (B C)) ((A B) (A C)) A3. ( B A) (( B A) B) Regola di inferenza: A Sistema di inferenza hilbertiano per la logica proposizionale A B B (MPP) Se A 1,..., A n A è una regola di inferenza R, allora A deriva da A 1,..., A n mediante R. 41

42 Derivazioni e dimostrazioni Derivazione di A da S: sequenza A 1,..., A n di formule tale che A n = A e per ogni i: A i è un assioma, oppure A i S, oppure A i deriva da formule precedenti mediante una regola di inferenza Se esiste una derivazione di A da S allora A è derivabile da S: S A Una derivazione di A da Ø è una dimostrazione di A. Se esiste una dimostrazione di A: A allora A è dimostrabile (o è un teorema) Esempio: H p p 1. (p ((p p) p)) ((p (p p)) (p p)) Assioma A2 2. p ((p p) p) Assioma A1 3. (p (p p)) (p p) MPP(1, 2) 4. p (p p) Assioma A1 5. p p MPP(3, 4) Sostituibilità nelle derivazioni: Se S A allora S[B/p] A[B/p] 42

43 Semantica di una logica Λ 1. Interpretazione del linguaggio M Dominio di interpretazione D Funzione di interpretazione L D 2. Nozione di verità in una interpretazione M = A Validità = A : per ogni M, M = A Soddisfacibilità: esiste M, tale che M = A Conseguenza logica S = A : per ogni M, se M = G per ogni G in S, allora M = A Corrispondenza tra apparato deduttivo e semantica S = A sse S A = A sse A (debole) Il sistema Hilbertiano è corretto e completo rispetto alla semantica della logica proposizionale: Se S A allora S = A: correttezza Se S = A allora S A: completezza 43

44 Proprietà della derivabilità Se S S e S A, allora S A (monotonicità) S A sse esiste un sottoinsieme finito S di S tale che S A (compattezza) Se S A e per ogni B S, S B, allora S A (taglio) Una teoria assiomatica è semidecidibile Possibili proprietà di S = A Se S S e S = A, allora S = A (monotonicità) S = A sse esiste un sottoinsieme finito S di S tale che S = A (compattezza) se S = A e per ogni B S, S = B, allora S = A (taglio) L insieme delle formule valide è ricorsivo (decidibilità) L insieme delle formule valide è ricorsivamente enumerabile (semidecidibilità) Chiusura deduttiva di S: T (S) = {A S A} T (S) è anche chiamata la teoria di S e le formule di S sono gli assiomi della teoria 44

45 Esistono Limiti di un sistema deduttivo logiche non monotone elef ante(pippo) = grigio(pippo) elef ante(pippo), albino(pippo) = grigio(pippo) logiche non compatte PA teoria dell aritmetica del secondo ordine: PA = A sse A è vera nell interpretazione standard su IN PA, q(0), q(1), q(2),... = xq(x) ma xq(x) non è conseguenza logica di alcun sottoinsieme finito di P A {q(0), q(1), q(2),...} logiche in cui non vale il taglio logiche non decidibili (logica dei predicati) logiche non semidecidibili 45